Dinoschedel herrijst uit een 3D-puntenwolk

Schedel 21 heeft al heel wat meegemaakt, en vooral in de laatste 129 jaar. Maar eerst even een stap terug in de tijd.
Zo’n 66 miljoen jaar geleden vormde Skull 21 de kop van een forse dinosaurus in wat later Noord-Amerika zou worden. Het dier was zo’n negen meter lang, drie meter hoog en dertien ton zwaar. Triceratops prorsus, zoals hij later genoemd zou worden, was een gedrongen en gespierde kolos die leefde van planten en struiken. Hij werkte het voedsel met zijn neushoorn de grond uit, en vermaalde het met een lange rij kleine tandjes die werkten als een versnipperaar.
Over het nut van de hoorns en het nekschild zijn de wetenschappers verdeeld. Was het een equivalent van een pauwenstaart, of een verdediging tegen de roofzuchtige Tyrannosaurus rex die daar ook rondliep? Hoe dan ook, op een gegeven moment gaf deze kolos de geest en zijn botten fossiliseerden. Ook al raakte de schedel tussen wat aardlagen in de verdrukking, vele miljoenen jaren later kwam hij weer aan de oppervlakte in de Amerikaanse staat Wyoming. Daar werd de schedel in 1891 samen met dertig andere geborgen door een team van de universiteit van Yale, en kreeg catalogusnummer YPM1832.

Gebroken botten
De reis naar Nederland was zo mogelijk nog wonderlijker. De Delftse paleontoloog prof.dr. Jan Umbgrove was begin jaren vijftig op de hoogte van de omvangrijke Yale-collectie. Hij wilde graag één exemplaar hebben als topstuk voor het mineralogisch museum, het visitekaartje van de faculteit Mijnbouwkunde.
In ruil bood hij een deel (alleen wat ze dubbel hadden) uit de zogenaamde Timorcollectie – een verzameling fossielen die veel vertellen over het zeeleven in een bepaalde periode (Perm en Trias). De TH Delft had deze fossielen in 1910 en 1916 verzameld op het Indonesische eiland Timor. Om de ruil te bespoedigen had Umbgrove de schelpjes alvast verzonden, vertelt Science Centre–directeur Michael van der Meer. Als Umbgrove daarmee de Amerikanen voor het blok wilde zetten is zijn strategie gelukt. Hij heeft alleen de goede afloop niet meer meegemaakt doordat hij in 1954 overleed.

De gerestaureerde Skull 21 werd in 1956 in een kist naar Nederland verscheept. Helaas kwam het schip in een storm terecht en werd de lading flink door elkaar geschud. Ook de bezorging schijnt nogal ruw geweest te zijn. Gevolg was dat toen de conservator van het mineralogisch museum, dr. Pieter Kruizinga, de kist opende, hij meer dan honderd brokstukjes vond. Kruizinga was toen al vijf jaar met pensioen, maar hij deed wat hij moest doen: hij legde de puzzel van zijn leven. Onder zijn handen herrees de dinosaurusschedel en werd meer dan een halve eeuw het pronkstuk van de Delftse mineralogische verzameling. Totdat die verzameling rond 2014 overging naar Naturalis.

^{Triceratops anno 1957 na restauratie door dr. Pieter Kruizinga. (Foto: Archief TU Delft)}

Naturalis
“Er zaten wel wat vergissingen in de reconstructie van doctor Kruizinga”, constateert preparateur Martijn Guliker van het Dinolab Naturalis. “De hoorns stonden recht op de schedel als bij een jonge god, maar dat klopt niet. Net als bij geitjes moeten de hoorns eerst omhoog staan en dan meer naar voren wijzen.” Voor een goede reconstructie, besloot de staf van het Dinolab, moesten ze terug naar af.

“Ik heb hem zelf gesloopt”, zegt restaurateur Aart Walen. “Samen met Martijn Guliker en Jan Hakhof. Martijn heeft me gevraagd om de stukken te zandstralen om te kijken welke origineel zijn en welke niet.” Na die inventarisatie maakte Guliker een soort bouwtekening van welk stukje waar hoorde met genummerde botfragmenten. Daarna lag het werk een tijdje stil omdat het Dinolab de vondsten van een Naturalis-team uit Amerika te verwerken kreeg. De spannendste dinosaurusopgravingen ooit, volgens de betrokken onderzoekers.

Science Centre-directeur Michael van der Meer zag toen een kans om de Skull 21 terug te halen naar Delft. En dan gereconstrueerd met de beste digitale middelen: 3D scanning, 3D modelling en 3D printing. Het 21ste-eeuwse museumstuk moest niet alleen een indrukwekkend historisch stuk worden, maar ook een pronkstuk van wat digitale 3D-techniek tegenwoordig vermag. Het moest een huwelijk worden tussen paleontologie en 3D-technologie, tussen bottenbouwers en modellenmakers, tussen ambacht en data. Dat is waar Skull 21 nu voor staat: een toonbeeld van hoe kennis en techniek een lang uitgestorven dier doen herrijzen uit botten en plastic.

^{Wat hoort waar? Het begin van de reconstructie. (Beeld: Javid Jooshesh)}

Vorm vinden
De reconstructie werd een samenwerking tussen restaurateur Aart Walen en 3D-modellenmaker Javid Jooshesh uit Rotterdam. “We moesten in het begin aan elkaars aanpak wennen”, zei Jooshesh. “Terwijl Aart de botten schoonmaakte en uitzocht, werkte ik aan 3D-scans die ik met de computer in elkaar puzzelde.” De eerste stap was om terug te vinden hoe Kruizinga de schedel gereconstrueerd had, hoe fout die ook was.

Hoe moest het dan wel? Daarvoor ging Jooshesh te rade bij twee kleinere maar vergelijkbare en vrij complete schedels uit collecties van Yale en München. Daarvan heeft hij optische 3D-scans gemaakt. “Per seconde leest de scanner 2 miljoen punten in, dat gaat heel precies. Uiteindelijk heb je een gedetailleerd ruimtelijk model met een resolutie van 0,3 millimeter.”

Jooshesh stelde in overleg met het Dinolab een tiental punten op de schedel vast waartussen hij de afstand mat, en de onderlinge verhoudingen van die afstanden berekende. De Delftse schedel bleek vreemde verhoudingen te hebben in vergelijking met die uit Yale en München. De hoorns stonden 20 graden te ver omhoog, het rugschild was te klein en de snuit te kort. Jooshesh heeft daarop het 3D-model van Skull 21 aangepast op de afmetingsverhoudingen van de andere twee.

^{De Kruizinga reconstructie (rood) met de berekende contour (blauw). (Beeld: Javid Jooshesh)}

Toen moest hij nog de ontbrekende delen aanvullen, zo’n beetje de helft van de schedel. Dat waren gezichtsbepalende onderdelen zoals de hoorns, onderkaak, neusbrug en neushoorn, en ook een groot deel van het rugschild. Het 3D-modelleren deed Jooshesh op basis van de verhoudingen bij de andere schedels en in overleg met Guliker van het Leidse Dinolab.

“Daarmee was ik nog niet klaar voor het printen”, legt Jooshesh uit. “Want dan had het er uitgezien als plastic. Wat ontbrak was de oppervlaktestructuur.” Bot is niet glad, het zit vol met fijne kanaaltjes voor bloedvaten en zenuwen met vertakkingen in diverse richtingen. Jooshes verzamelde duizend detailopnamen van fossiele botstructuren als basis voor de oppervlaktestructuur van de 3D-geprinte onderdelen. “In combinatie met wat ruimtelijke vormgeving leverde dat een gedetailleerd 3D-model op dat klaar was voor de print, en dat als een puzzel in elkaar zou passen”, vertelt Jooshesh. Dat puzzelen is een knieval voor de 3D-printtechnologie die beperkt is qua formaat tot een centimeter of vijftig. Delen van het rugschild en de hoorns heeft 3D Printing Prototypes uit meerdere delen samengesteld.

^{Skull 21 na vijf jaar terug in Delft. (Foto: Science Centre TU Delft)}

In het zonnetje
In het Science Centre vormt Skull 21 het middelpunt van een live-presentatie, ondersteund door een lichtshow. “Deze technieken zijn niet eerder in een museum toegepast, en zeker niet bij paleontologie en archeologie”, vertelt lichtontwerper Charl Smit. Hij bouwde de lichtshow met lichtprofessor prof.dr. Sylvia Pont (faculteit Industrieel Ontwerpen) en een team van studenten. Bij de entree beweegt het gigantische silhouet van de dinosaurusschedel over het projectiedoek door het gebruik van vijf verschillende spots, waarbij verteld wordt hoe ze leefden. Daarna staat Skull 21 als herrezen in de gekleurde spotlights.

Pas wanneer de spots verkleuren naar wit ziet het publiek welke delen origineel zijn, en waar de reconstructies zitten. Deze lichttruc staat bekend als spectral tuning – de subtiele afstemming van LED-spectra op de kleur van het materiaal waardoor kleurverschillen worden versterkt of wegvallen.

“Wij werken aanvullend op Naturalis”, zegt Science Centre-directeur Van der Meer. “Bij Naturalis kun je zien welke dinosaurussen er allemaal waren en hoe ze leefden. Hier vertellen we het verhaal van de reconstructie van een schedel. We laten zien hoe de technieken sinds de eerste reconstructie ontwikkeld zijn, en hoe restaurateurs daarvan gebruikmaken.” 

• De Triceratops-schedel Skull 21 is vanaf zaterdag 3 oktober te zien in het Science Centre, Mijnbouwstraat 120 in Delft
• Het Science Centre dankt de sponsoren van het Mineralogisch Geologisch Museum voor hun bijdrage in de restauratie: Dietsmann, Shell, Dyas en Fugro.